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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung einer
Drehbewegung in eine Axialbewegung, oder umgekehrt, mit den Merkmalen im
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Für die Umwandlung
von Drehbewegungen in Axialbewegungen mit hohem Wirkungsgrad werden
häufig
Wälzgewindetriebe
verwendet, die eine Gewindespindel, eine diese umgebende Mutter
und dazwischen angeordnete Wälzkörper aufweisen.
Die Wälzbewegung
derartiger Wälzgewindetriebe
zwischen der Mutter, den Wälzkörpern und
der Gewindespindel ist vergleichbar etwa mit der Bewegung der einzelnen
Elemente eines Reibradgetriebes. Wie bei einem derartigen Reibradgetriebe
so entsteht auch bei genannten Wälzgewindetrieben
ein Schlupf. Bei den meisten Gewindetrieben hat der Schlupf keinen Einfluss
auf die Bewegungsumwandlung. Bei aus
DE 37 39 059 A1 und
DE 28 07 952 A1 bekannten
Gewindetrieben bewirkt der Schlupf eine Veränderung der effektiven Steigung.
Dies lässt
sich folgendermaßen
erklären.
Die Steigung der Gewindespindel wird nicht durch die Mutter nachgebildet,
sondern durch den Versatz der Feinrillen von Wälzkörper zu Wälzkörper. Daher ist nicht die Relativ drehbewegung
von Mutter zu Gewindespindel für
den Vorschub entscheidend, sondern die Relativdrehbewegung zwischen
dem Käfig
der Wälzkörper und
der Gewindespindel. Die Relativgeschwindigkeiten zwischen den Komponenten
dieses Gewindetriebes, das heißt
zwischen der Mutter, dem Käfig
der Wälzkörper und
der Spindel, sind abhängig
vom Schlupf. Ein derartiger Schlupf würde bei einem Gewindetrieb
gemäß
DE 37 39 059 A1 zu
einem Positionierfehler führen.
Aus
EP 168942 A1 und
DE 195 40 634 C1 ist
ein Vorschlag zur Verhinderung eines Positionierfehlers ersichtlich. Danach
ist vorgesehen, nicht die Mutter anzutreiben, sondern den Planetenkäfig bzw.
bei angetriebener Gewindespindel nicht die Mutter gegen Verdrehung zu
sichern, sondern den Planetenkäfig.
Dabei ist der Planetenkäfig
als Mutter ausgeführt.
Die eigentliche Mutter sitzt im Käfig und wird durch ein Axiallager drehbar
gelagert. Ein Nachteil einer solchen Gestaltung mit angetriebenem
Planetenkäfig
liegt darin, dass zusätzlich
zu dem Axiallager, welches ohnehin notwendig ist, um den Gewindetrieb
zu lagern, noch ein zusätzliches
Axiallager in der Mutter vorhanden ist. Dieses zusätzliche
Lager benötigt
zusätzlichen Bauraum
und erzeugt zusätzliche
Verlustreibung, die den Gesamtwirkungsgrad verschlechtert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Umwandlung
einer Drehbewegung in eine Axialbewegung zu schaffen, die die Möglichkeit
bietet, einen Schlupf zu kompensieren, ohne ein zusätzliches
Axiallager in der Mutter auskommt und ansonsten einfach, kompakt
und kostengünstig
ist.
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Die
Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung
durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Hierbei wird entweder die
Mutter oder die Gewindespindel vom Antrieb angetrieben. Geregelt
wird dabei die Relativbewegung zwischen dem Käfig der Wälz- oder Rollkörper und
der Gewindespindel. Aufgrund dieser Gestaltung der Vorrichtung ist
in einfacher Weise eine Schlupfkompensation bei einem nicht steigungstreuen
Gewindetrieb verwirklicht, bei dem die Steigung durch die Wälz- oder
Rollkörper
gebildet wird. Eine Vorrichtung dieser Art ist außerordentlich
vielseitig einsetzbar und eignet sich für alle Fälle, bei denen eine Drehbewegung
in eine Axialbewegung, oder umgekehrt, umgewandelt werden soll,
insbesondere z.B. axiale Stellbewegungen und Stellkräfte von
entsprechenden Stellgliedern erzeugt werden sollen.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
sieht einen geregelten Antrieb vor, der das Signal der Messeinrichtung
zur Regelung der Axialbewegung verwendet. Vorteilhaft kann es sein,
wenn der Antrieb bei undrehbar und axial verschiebbar gehaltener
Gewindespindel die Mutter drehbar antreibt oder wenn statt dessen
der Antrieb bei undrehbar und axial verschiebbar gehaltener Mutter
die Gewindespindel drehbar antreibt. Im erstgenannten Fall der drehbar angetriebenen
Mutter kann es vorteilhaft sein, wenn die Messeinrichtung einen
am Käfig
der Wälz-
oder Rollkörper
angreifenden, die Drehbewegung dieses Käfigs erfassenden Drehgeber
aufweist, dessen Ausgangssignal ein Maß für die Axialverschiebung der
Gewindespindel ist. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass die Mutter
und damit auch der Käfig
ortsfest bleiben und in einfacher Weise der Drehgeber am Käfig angebracht
werden kann. Da die Gewindespindel sich nicht dreht, liefert der
Drehgeber direkt die Relativbewegung.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform,
bei der die Gewindespindel drehbar angetrieben wird, kann es von
Vorteil sein, wenn die Messeinrichtung einen am Käfig der
Wälz- oder
Rollkörper angreifenden,
dessen Drehbewegung erfassenden Drehgeber und ferner einen die Drehbewegung
der Gewindespindel erfassenden Drehgeber aufweist, wobei die Differenz
der Ausgangssignale beider Drehgeber ein Maß für die Axialverschiebung der Mutter
ist. Der die Drehbewegung der Gewindespindel erfassende Drehgeber
kann hierbei in besonders einfacher Weise von dem Motordrehgeber
des Antriebes gebildet sein.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung
zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung, gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine
schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit
Regeleinrichtung,
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3 eine
schematische Seitenansicht entsprechend derjenigen in 2 einer
Vorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
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In
1 und
2 ist
schematisch eine Vorrichtung
10 gezeigt, die zur Umwandlung
einer Drehbewegung in eine Axialbewegung, oder umgekehrt, geeignet
ist. Die Vorrichtung
10 weist einen Antrieb
11 auf,
der z.B. als geregelter Antrieb und hierbei insbesondere z.B. als
elektrischer Servomotor ausgebildet sein kann. Auch andere Ausführungsformen
eines derartigen Antriebes
11 liegen im Rahmen der Erfindung.
Die Vorrichtung
10 weist ferner einen Gewindetrieb
12 bekannter
Bauart (
DE 37 39 059
A1 ) auf, mit einer Gewindespindel
13, einer die
Gewindespindel
13 umgebenden Mutter
14 mit Innenprofilierung
und mit in Radialrichtung zwischen der Gewindespindel
13 und
der Mutter
14 angeordneten profilierten Wälz- oder
Rollkörpern
15,
die endseitig in drehbaren Käfigen
16 drehbar
aufgenommen sind.
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Die
Vorrichtung 10 weist eine Messeinrichtung 20 auf,
die die Differenzdrehbewegung zwischen dem Käfig 16 und der Gewindespindel 13 misst
als Maß für die Axialbewegung
zwischen der Gewindespindel 13 und der Mutter 14.
Der Antrieb 11 kann ein geregelter Antrieb sein, der das
Ausgangssignal der Messeinrichtung 20 für die Regelung der Axialbewegung
verwendet.
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Beim
ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 1 und 2 ist
die Gewindespindel 13 undrehbar gehalten und axial in Pfeilrichtung 17 verschiebbar
geführt.
Bei dieser Ausführungsform
wird die Mutter 14 vom Antrieb 11 drehbar angetrieben.
Der Antrieb 11 weist eine Hohlwelle 18 auf, mit
der die Mutter 14 zur Drehmitnahme z.B. mittels angedeuteter Schrauben 19 verbunden
ist. Die Gewindespindel 13 ist gegen Verdrehung gesichert
und in Pfeilrichtung 17 linear geführt. Die Mutter 14 und
der Käfig 16 sind in
Bezug auf die verschiebbare Gewindespindel 13 ortsfest.
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Die
Messeinrichtung 20 weist einen Drehgeber 21 auf,
der am Käfig 16 angreift
und dessen Drehbewegung erfasst. Das Ausgangssignal des Drehgebers 21 ist
ein Maß für die Axialverschiebung der
Gewindespindel 13. Dieses Ausgangssignal Sist des Drehgebers 21 wird
direkt einem Soll-Ist-Vergleich und die sich ergebende Regelabweichung
einer schematisch angedeuteten Regeleinrichtung 22 zugeführt, die
z.B. aus einem Servorregler gebildet ist und deren Ausgang zum Antrieb 11,
z.B. in Gestalt eines Servomotors, geführt ist.
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Die
Vorrichtung 10 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
in 1 und 2 ist besonders einfach, kompakt
und kostengünstig.
Die Mutter 14 und der Käfig 16 bleiben
ortsfest, wobei der Drehgeber 21, der am Käfig 16 angreift,
ebenfalls ortsfest bleibt. Da die Gewindespindel 13 sich
nicht dreht, liefert der Drehgeber 21 direkt ein Ausgangssignal
als Maß für die Axialverschiebung
der Gewindespindel 13.
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Bei
dem in 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel sind für die Teile,
die dem ersten Ausführungsbeispiel
entsprechen, gleiche Bezugszahlen verwendet, so dass dadurch auf
die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispieles
Bezug genommen ist. Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet
sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch,
dass in 3 die Gewindespindel 13 vom Antrieb 11 drehbar
angetrieben ist und die Mutter 14 gegen Verdrehen gesichert
und undrehbar gehalten und dabei axial verschiebbar ist in Pfeilrichtung 23. Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Messeinrichtung 20 so gestaltet, dass diese die
Differenzdrehbewegung zwischen dem Käfig 16 und der Gewindespindel 13 misst
als Maß für die Axialbewegung zwischen
der Gewindespindel 13 und der Mutter 14. Der geregelte
Antrieb 11 verwendet das Signal der Mess einrichtung 20 zur
Regelung der Axialbewegung in Pfeilrichtung 23. Die Messeinrichtung 20 weist
zusätzlich
zum Drehgeber 21, der am Käfig 16 angreift und
dessen Drehbewegung erfasst, einen weiteren Drehgeber 24 auf,
der die Drehbewegung der Gewindespindel 13 erfasst. Dieser
zweite Drehgeber 24 kann an irgend einer geeigneten Stelle
angeordnet sein, wo er die Drehbewegung der Gewindespindel 13 erfassen
kann. Von Vorteil kann es sein, wenn dieser Drehgeber vom Motordrehgeber
des geregelten Antriebes 11, z.B. in Gestalt eines Servomotors,
gebildet ist. Die Ausgangssignale beider Drehgeber 21 und 24 werden
verarbeitet, wobei die Differenz dieser beiden Ausgangssignale ein
Maß für die Axialverschiebung
der Mutter 14 in Pfeilrichtung 23 ist. Dieser
Ist-Wert Sist der
Axialverschiebung der Mutter 14 wird einem Soll-Ist-Vergleich
zugeführt, wobei
die sich ergebende Regelabweichung einer Regeleinrichtung 22 z.B.
in Form eines Servoreglers zugeführt
wird, die mit dem Antrieb 11 in Verbindung steht oder,
wie beim ersten Ausführungsbeispiel auch,
Bestandteil des als z.B. Servomotor ausgebildeten Antriebes 11 sein
kann.